Messier 87 – Die Galaxie mit dem berühmten Schwarzen Loch

Es ist eines der berühmtesten Bilder der modernen Astronomie: ein unscharf wirkender orangefarbener Ring, in dessen Mitte sich eine dunkle Fläche abzeichnet. Als die Aufnahme im April 2019 der Öffentlichkeit präsentiert wurde, war erstmals der Schatten eines Schwarzen Lochs sichtbar gemacht worden. Das Objekt befindet sich allerdings nicht im Zentrum unserer Milchstraße, sondern rund 55 Millionen Lichtjahre entfernt – in der riesigen elliptischen Galaxie Messier 87.

Das Schwarze Loch M87* besitzt eine Masse von ungefähr 6,5 Milliarden Sonnenmassen. Doch auch seine Heimatgalaxie ist außergewöhnlich. M87 enthält mehrere Billionen Sterne, ungefähr 15.000 Kugelsternhaufen und einen gewaltigen Jet aus energiereichen Teilchen, der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus dem Zentrum schießt. Sie gehört damit zu den eindrucksvollsten Galaxien unserer kosmischen Nachbarschaft und zu den wichtigsten Laboren für die Erforschung supermassereicher Schwarzer Löcher.

Was ist Messier 87?

Messier 87, kurz M87, ist eine riesige elliptische Galaxie im Sternbild Jungfrau. Sie trägt außerdem die Katalogbezeichnung NGC 4486 und ist eine der dominierenden Galaxien des Virgo-Galaxienhaufens, zu dem ungefähr 2.000 Galaxien gehören.

Anders als die Milchstraße besitzt M87 keine deutlich sichtbare flache Scheibe mit Spiralarmen. Elliptische Galaxien erscheinen eher rundlich oder oval und werden überwiegend von älteren Sternpopulationen geprägt. Große Mengen kalten Gases, aus denen intensiv neue Sterne entstehen könnten, sind dort wesentlich weniger auffällig als in vielen Spiralgalaxien.

M87 ist allerdings alles andere als unspektakulär. Ihre enorme Masse, ihr ungewöhnlich reiches System aus Kugelsternhaufen und vor allem der aktive Bereich um ihr zentrales Schwarzes Loch machen sie zu einer der am intensivsten untersuchten Galaxien überhaupt.

Wie weit ist M87 von der Erde entfernt?

NASA gibt für M87 eine Entfernung von ungefähr 54 Millionen Lichtjahren an, andere aktuelle Veröffentlichungen runden auf etwa 55 Millionen Lichtjahre.

Damit sehen wir die Galaxie heute so, wie sie vor rund 55 Millionen Jahren aussah. Zu jener Zeit befand sich die Erde im frühen Eozän, lange bevor Menschen entstanden.

Trotz dieser gewaltigen Entfernung gilt M87 astronomisch als vergleichsweise nahe Galaxie. Gerade diese Kombination aus Nähe und enormem zentralen Schwarzen Loch machte sie zu einem idealen Ziel für das Event Horizon Telescope.

Je größer die Masse eines Schwarzen Lochs ist, desto größer ist auch der Bereich seines Ereignishorizonts. Bei einem kleinen Schwarzen Loch wäre dieser Bereich selbst mit einem virtuellen Teleskop von Erdgröße nicht ausreichend auflösbar. M87* war deshalb eines der wenigen Objekte, bei denen überhaupt Hoffnung bestand, seinen Schatten direkt sichtbar zu machen.

Wie groß ist die Galaxie M87?

Die sichtbare Galaxie erstreckt sich über Zehntausende Lichtjahre, doch eine klare Außenkante gibt es nicht. Ihr weit ausgedehnter Halo reicht wesentlich weiter als der besonders helle zentrale Bereich.

Noch beeindruckender ist ihre Sternpopulation. NASA spricht von mehreren Billionen Sternen. Zum Vergleich: Für die Milchstraße werden gewöhnlich einige Hundert Milliarden Sterne angenommen.

M87 gehört damit zu einer Größenklasse, die unsere eigene Galaxie deutlich übertrifft.

Ihre gewaltige Ausdehnung und Masse hängen auch mit ihrer Position im Zentrum des Virgo-Galaxienhaufens zusammen. Große elliptische Galaxien wachsen über kosmische Zeiträume unter anderem dadurch, dass kleinere Galaxien mit ihnen verschmelzen oder auseinandergerissen werden.

M87 dürfte im Laufe ihrer Geschichte entsprechend viele kleinere Sternsysteme aufgenommen haben. Spuren dieses Prozesses könnten sich noch heute in ihrer ungewöhnlich großen Zahl an Kugelsternhaufen finden.

Wie viele Kugelsternhaufen besitzt M87?

Dieser Punkt ist besonders erstaunlich.

Rund um M87 befinden sich ungefähr 15.000 Kugelsternhaufen. Die Milchstraße besitzt dagegen nur etwa 150 bekannte Kugelsternhaufen.

Ein Kugelsternhaufen ist eine extrem dichte Ansammlung meist sehr alter Sterne. Hunderttausende oder sogar Millionen Sterne können in einem solchen System zusammengeballt sein.

Die außergewöhnlich große Population bei M87 liefert Hinweise auf ihre Entwicklungsgeschichte. NASA weist darauf hin, dass die Galaxie möglicherweise einen Teil ihrer Kugelsternhaufen von kleineren Zwerggalaxien übernommen hat, die durch die gravitative Wechselwirkung mit M87 verändert wurden.

M87 ist damit nicht nur eine große Galaxie. Sie trägt wahrscheinlich sichtbare Überreste vieler kleinerer Systeme in sich, die im Laufe von Milliarden Jahren in ihre Umgebung geraten sind.

Welches Schwarze Loch befindet sich im Zentrum von M87?

Im Zentrum sitzt M87*, eines der bekanntesten supermassereichen Schwarzen Löcher überhaupt.

Seine Masse beträgt ungefähr 6,5 Milliarden Sonnenmassen. Das macht es mehr als tausendmal massereicher als Sagittarius A*, das zentrale Schwarze Loch unserer Milchstraße mit rund vier Millionen Sonnenmassen.

Trotzdem ist M87* räumlich betrachtet erstaunlich kompakt. Der eigentliche Ereignishorizont – die Grenze, hinter der selbst Licht nicht mehr entkommen kann – besitzt nach Angaben des Event Horizon Telescope einen Durchmesser von knapp 40 Milliarden Kilometern.

Das klingt gewaltig und ist es auch: In unserem Sonnensystem würde eine Struktur dieser Größenordnung weit über die Umlaufbahn Plutos hinausreichen. Verglichen mit einer ganzen Galaxie bleibt das Schwarze Loch jedoch ein winziger Punkt.

Seine Wirkung auf die unmittelbare Umgebung ist dafür umso größer.

**Hat man das Schwarze Loch M87* wirklich fotografiert?**

Am 10. April 2019 präsentierte die internationale Event-Horizon-Telescope-Kollaboration die erste Aufnahme des Schattens eines Schwarzen Lochs. Ziel war M87*.

Die häufig verwendete Bezeichnung „Foto eines Schwarzen Lochs“ ist verständlich, aber physikalisch etwas vereinfacht. Ein Schwarzes Loch selbst sendet kein Licht aus, das fotografiert werden könnte.

Was das EHT sichtbar machte, war ein heller ringförmiger Bereich aus heißem Material rund um eine dunkle zentrale Region. Die extreme Gravitation des Schwarzen Lochs lenkt das Licht in seiner Umgebung stark ab. Gleichzeitig verschwindet ein Teil des Lichts hinter dem Ereignishorizont.

Dadurch entsteht der sogenannte Schatten des Schwarzen Lochs.

Der dunkle Bereich im Zentrum ist also nicht einfach eine fotografierte schwarze Kugel. Er ist ein durch die Raumzeitkrümmung und den Ereignishorizont erzeugtes Erscheinungsbild vor dem leuchtenden Material der unmittelbaren Umgebung.

Wie konnte man ein Schwarzes Loch in 55 Millionen Lichtjahren Entfernung aufnehmen?

Mit einem einzelnen Teleskop wäre das nicht möglich gewesen.

Das Event Horizon Telescope verbindet Radioteleskope auf verschiedenen Kontinenten mithilfe einer Technik namens Very Long Baseline Interferometry. Die einzelnen Observatorien zeichnen ihre Signale extrem präzise und zeitlich synchronisiert auf. Später werden die Daten miteinander kombiniert.

Dadurch entsteht funktionell ein virtuelles Radioteleskop von ungefähr dem Durchmesser der Erde. Für die ersten M87-Aufnahmen arbeiteten acht Radioteleskop-Standorte zusammen.

Beobachtet wurde bei einer Wellenlänge von ungefähr 1,3 Millimetern. Die Daten für das berühmte erste Bild stammen aus dem Jahr 2017.

Zwischen der eigentlichen Beobachtung und der Veröffentlichung 2019 lagen zwei Jahre aufwendiger Verarbeitung und Überprüfung. Mehrere voneinander unabhängige Methoden kamen dabei zu derselben grundlegenden ringförmigen Struktur.

Das Bild war also keine gewöhnliche Langzeitaufnahme wie ein Hubble-Foto. Es war das Ergebnis der präzisen Kombination von Radiomessungen aus einem weltweiten Netzwerk von Observatorien.

Warum leuchtet der Ring um das Schwarze Loch?

Nicht das Schwarze Loch leuchtet, sondern Materie in seiner unmittelbaren Umgebung.

Gas, das sich M87* nähert, fällt nicht einfach geradlinig hinein. Es bewegt sich in einem extrem heißen, magnetisierten Plasmastrom um das Schwarze Loch. Dabei erreicht das Material enorme Temperaturen und sendet elektromagnetische Strahlung aus.

Die starke Gravitation verändert wiederum den Weg dieses Lichts. Strahlung kann um das Schwarze Loch herumgelenkt werden, bevor sie uns erreicht.

Dadurch erscheint die Umgebung als Ring.

Dass eine Seite des Rings heller wirkt, hängt unter anderem mit der hohen Geschwindigkeit des umlaufenden Materials und relativistischen Effekten zusammen. Das Plasma, das sich in unsere Richtung bewegt, erscheint heller als Material, das sich von uns entfernt.

Die Grundstruktur entsprach bemerkenswert gut den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Ist das Bild von 2019 inzwischen bestätigt worden?

Ja. Und das ist wissenschaftlich ausgesprochen wichtig.

Spätere Auswertungen verwendeten unabhängig davon gewonnene EHT-Daten aus dem Jahr 2018. Auch dort zeigte sich erneut die charakteristische ringförmige Struktur mit dem Schatten von M87*. Die Größe des Rings blieb weitgehend stabil.

Gleichzeitig veränderte sich die Helligkeitsverteilung im Ring. Das ist nicht überraschend, denn das heiße Plasma rund um ein Schwarzes Loch ist kein statisches Gebilde.

Neuere Analysen der Beobachtungen von 2017 und 2018 zeigen, dass Turbulenzen in der Akkretionsströmung eine wichtige Rolle für die Veränderungen spielen. Außerdem konnte die Orientierung der Rotationsachse des Schwarzen Lochs weiter eingegrenzt werden.

Der Schatten selbst bleibt also bemerkenswert stabil, während das leuchtende Material darum herum ständig in Bewegung ist.

**Was haben neue EHT-Beobachtungen über M87* gezeigt?**

Besonders interessant sind Messungen des polarisierten Lichts.

Polarisation enthält Informationen über Magnetfelder im heißen Plasma. 2021 veröffentlichte das Event Horizon Telescope erstmals eine polarisierte Ansicht von M87*. Sie zeigte, dass in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs starke und vergleichsweise geordnete Magnetfelder vorhanden sind.

Diese Magnetfelder könnten entscheidend dafür sein, wie Materie in Richtung des Schwarzen Lochs gelangt und gleichzeitig ein Teil des Materials in einem extrem schnellen Jet nach außen geschleudert wird.

Inzwischen hat das EHT Daten aus mehreren Jahren miteinander verglichen. Die 2025 veröffentlichten Resultate zeigen etwas Überraschendes: Während die Größe des Rings stabil blieb, veränderte sich die Polarisationsstruktur erheblich. Zwischen den Beobachtungen von 2017 und 2021 kehrte sich die scheinbare Drehrichtung des Polarisationsmusters sogar um.

Das bedeutet nicht, dass sich das Schwarze Loch plötzlich andersherum dreht. Vielmehr verändert sich die Struktur des magnetisierten Plasmas in seiner Umgebung.

M87* ist damit nicht einfach ein unbewegliches dunkles Objekt. Seine unmittelbare Umgebung ist dynamisch, turbulent und magnetisch hochkomplex.

Was ist der riesige Jet von M87?

Schon lange bevor das Schwarze Loch direkt abgebildet wurde, verriet ein anderes Phänomen, dass im Zentrum von M87 etwas Gewaltiges geschieht.

Aus dem Kern der Galaxie schießt ein gebündelter Strom aus energiereichen Teilchen. Dieser Jet bewegt sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit und ist selbst im sichtbaren Licht auf Hubble-Aufnahmen deutlich zu erkennen.

Der optisch besonders auffällige Jet erstreckt sich über mehrere Tausend Lichtjahre. Seine Bestandteile sind Elektronen und andere subatomare Teilchen, die auf enorme Geschwindigkeiten beschleunigt werden.

Dabei wird nicht Materie aus dem Inneren des Schwarzen Lochs herausgeschleudert. Jenseits des Ereignishorizonts kann nichts entkommen.

Der Jet entsteht vielmehr aus Prozessen in der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs. Gas fällt in Richtung M87*, bildet eine heiße Akkretionsströmung und wechselwirkt mit starken Magnetfeldern. Ein Teil der Energie und Materie wird entlang der Rotationsachse gebündelt und nach außen beschleunigt.

Wie genau aus dieser Umgebung ein derart stabiler und extrem schneller Teilchenstrahl entsteht, gehört weiterhin zu den wichtigen offenen Fragen der Astrophysik.

Hat man Schwarzes Loch und Jet gleichzeitig gesehen?

Seit 2023 gibt es einen entscheidenden weiteren Schritt.

Mit dem Global Millimetre VLBI Array, ALMA und dem Greenland Telescope gelang es erstmals, den Schattenbereich von M87* und die Basis seines Jets gleichzeitig in derselben Aufnahme sichtbar zu machen. Die verwendeten Beobachtungsdaten stammen aus dem Jahr 2018.

Damit konnten Astronomen erstmals direkt untersuchen, wie die unmittelbare Umgebung des Schwarzen Lochs mit dem Ursprung des gewaltigen Jets verbunden ist.

Interessanterweise erschien die ringförmige Struktur bei der verwendeten längeren Radiowellenlänge ungefähr 50 Prozent größer als in den klassischen EHT-Beobachtungen. Das deutet darauf hin, dass bei dieser Wellenlänge zusätzlich weiter außen liegendes Material der Akkretionsströmung sichtbar wird.

Die Aufnahme schließt damit eine wichtige Lücke zwischen zwei Größenordnungen: dem Bereich unmittelbar am Ereignishorizont und dem Jet, der sich Tausende Lichtjahre durch die Galaxie zieht.

Wie schnell ist der Jet von M87?

Die Teilchen bewegen sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit. Hubble-Beobachtungen konnten sogar Veränderungen einzelner Strukturen des Jets über Jahre hinweg verfolgen.

Bei Jets können außerdem sogenannte scheinbare Überlichtgeschwindigkeiten auftreten. Dabei scheint sich eine Struktur schneller als das Licht über den Himmel zu bewegen.

Das verletzt Einsteins Relativitätstheorie nicht. Der Effekt entsteht durch die Kombination aus tatsächlich extrem hoher Geschwindigkeit und einem günstigen Winkel zwischen Bewegungsrichtung und unserem Blick.

Der Jet von M87 ist für solche Untersuchungen besonders wertvoll, weil er relativ nahe liegt und über sehr unterschiedliche Wellenlängenbereiche beobachtet werden kann – vom Radiolicht über sichtbares Licht bis zur Röntgenstrahlung.

Kann ein Schwarzes Loch neue Sterne beeinflussen?

Erstaunlicherweise offenbar ja.

Eine 2024 veröffentlichte Hubble-Untersuchung fand in der Umgebung des M87-Jets eine erhöhte Zahl sogenannter Novae. Dabei handelt es sich um Sternsysteme, in denen ein Weißer Zwerg Material von einem Begleitstern aufnimmt und schließlich einen thermonuklearen Helligkeitsausbruch erzeugt.

In der Nähe des Jets wurden ungefähr doppelt so viele solcher Ausbrüche beobachtet wie in vergleichbaren Bereichen der Galaxie. Die genaue Ursache ist bislang ungeklärt.

Der Jet selbst löst nicht einfach direkt eine Nova aus. Denkbar ist jedoch, dass seine Strahlung oder seine Wechselwirkung mit der Umgebung bestimmte Doppelsternsysteme beeinflusst. Der beobachtete Zusammenhang ist vorhanden, seine physikalische Erklärung wird aber noch untersucht.

Auch das zeigt, wie weit der Einfluss eines aktiven galaktischen Kerns reichen kann.

Wie unterscheidet sich M87 von der Milchstraße?

Die beiden Galaxien gehören grundlegend unterschiedlichen Typen an.

Unsere Milchstraße ist eine Balkenspiralgalaxie. Sie besitzt eine flache Scheibe mit Spiralarmen, Gas, Staub und zahlreichen Regionen aktiver Sternentstehung.

M87 ist dagegen eine riesige elliptische Galaxie. Ihre Sterne bilden einen viel gleichmäßigeren, rundlich-ovalen Körper. Eine klassische Spiralstruktur fehlt.

Auch die zentralen Schwarzen Löcher unterscheiden sich enorm. Sagittarius A* besitzt ungefähr vier Millionen Sonnenmassen. M87* kommt auf etwa 6,5 Milliarden Sonnenmassen. Das Schwarze Loch von M87 ist damit mehr als tausendmal massereicher.

M87 besitzt außerdem ungefähr 15.000 Kugelsternhaufen gegenüber nur etwa 150 in der Milchstraße und insgesamt vermutlich mehrere Billionen Sterne.

Trotzdem ist die Milchstraße für die Entstehung neuer Sterne derzeit die aktivere Umgebung. Große elliptische Galaxien wie M87 bestehen überwiegend aus älteren Sternpopulationen und besitzen weniger kaltes Gas für anhaltende starke Sternentstehung.

Kann man Messier 87 von Deutschland aus sehen?

Ja, mit einem Teleskop.

M87 besitzt eine scheinbare Helligkeit von ungefähr 9,6 Magnituden und ist damit für das bloße Auge zu schwach. Mit einem kleinen Teleskop lässt sie sich unter geeigneten Bedingungen jedoch beobachten. Sie liegt im Sternbild Jungfrau und ist von Deutschland aus besonders im Frühjahr günstig zu sehen.

Visuell erscheint sie allerdings keineswegs so spektakulär wie auf Hubble-Aufnahmen. Selbst durch ein Amateurfernrohr sieht man hauptsächlich einen kleinen diffusen Lichtfleck mit hellerem Zentrum.

Den berühmten Jet kann man unter gewöhnlichen Bedingungen nicht einfach erkennen. Das gilt erst recht für den Schatten des Schwarzen Lochs.

Das EHT musste dafür schließlich ein virtuelles Teleskop von der Größe unseres gesamten Planeten schaffen.

Wer entdeckte M87?

Die Galaxie wurde am 18. März 1781 von Charles Messier entdeckt. Er nahm sie anschließend als Objekt Nummer 87 in seinen bekannten Katalog auf.

Messier konnte nicht wissen, was er tatsächlich beobachtete. Für ihn war M87 eines von zahlreichen nebelartigen Objekten, die bei der Suche nach Kometen leicht zu Verwechslungen führen konnten.

Erst sehr viel später wurde klar, dass solche Objekte eigenständige Galaxien außerhalb der Milchstraße sind.

Der heute berühmte Jet wurde bereits 1918 vom Astronomen Heber Curtis als ungewöhnlicher gerader Strahl erkannt. In den folgenden Jahrzehnten zeigte die Radioastronomie, dass M87 eine der stärksten Radioquellen am Himmel beherbergt. Die Radioquelle im Zentrum wird auch Virgo A genannt.

Damit hatte die Galaxie bereits lange vor dem EHT-Bild den Ruf eines außergewöhnlichen astronomischen Objekts.

Warum wurde ausgerechnet das Schwarze Loch in M87 zuerst fotografiert?

Das mag zunächst merkwürdig erscheinen. Das Schwarze Loch unserer eigenen Milchstraße befindet sich nur etwa 27.000 Lichtjahre entfernt, während M87 rund 55 Millionen Lichtjahre entfernt liegt.

Doch M87* besitzt einen entscheidenden Vorteil: Es ist enorm groß.

Seine 6,5 Milliarden Sonnenmassen erzeugen einen Ereignishorizont, der im Vergleich zu Sagittarius A* riesig ist. Dadurch erreichen beide Schwarzen Löcher am Himmel trotz ihrer vollkommen unterschiedlichen Entfernungen eine Größenordnung, die vom Event Horizon Telescope aufgelöst werden kann.

Hinzu kommt ein weiterer Vorteil: Die Umgebung von M87* verändert sich langsamer.

Das viel kleinere Sagittarius A* zeigt auf kurzen Zeitskalen deutliche Veränderungen im umlaufenden Plasma. Bei M87* entwickeln sich entsprechende Strukturen über längere Zeiträume, was die Rekonstruktion eines Bildes erleichtert.

Deshalb wurde M87* 2019 zum ersten Schwarzen Loch, dessen Schatten die Menschheit sichtbar machen konnte. Sagittarius A* folgte erst 2022.

Was macht Messier 87 so außergewöhnlich?

M87 ist eine Galaxie der Extreme.

Mehrere Billionen Sterne befinden sich dort. Rund 15.000 Kugelsternhaufen umgeben sie. Im Zentrum sitzt ein Schwarzes Loch mit der Masse von etwa 6,5 Milliarden Sonnen. Aus dessen Umgebung schießt ein Jet mit nahezu Lichtgeschwindigkeit Tausende Lichtjahre hinaus.

Doch ihre größte Bedeutung entstand 2019.

Bis dahin hatten Schwarze Löcher ihre Existenz immer nur indirekt verraten – durch die Bewegung anderer Objekte, durch energiereiche Strahlung oder durch Gravitationswellen. Mit M87* gelang erstmals etwas anderes: Die Menschheit sah die charakteristische dunkle Silhouette, die ein Schwarzes Loch vor seinem leuchtenden Umfeld erzeugt.

Seitdem ist das berühmte Bild nicht das Ende der Geschichte, sondern ihr Anfang. Weitere Beobachtungen zeigten starke Magnetfelder unmittelbar am Schwarzen Loch, machten die Verbindung zum Jet sichtbar und bewiesen, dass sich das magnetisierte Plasma von Jahr zu Jahr verändert, während die Größe des Schattens bemerkenswert stabil bleibt.

Messier 87 ist deshalb heute weit mehr als eine entfernte elliptische Galaxie im Sternbild Jungfrau.

Sie ist der Ort, an dem etwas sichtbar wurde, das nach den Gesetzen der Physik selbst vollkommen dunkel bleiben muss.

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Quellen
▪︎ NASA Science – Messier 87, Hubble Messier Catalog
▪︎ Event Horizon Telescope Collaboration – First M87 Event Horizon Telescope Results, 2019
▪︎ Event Horizon Telescope Collaboration – Polarisationsbeobachtungen und Magnetfelder von M87*
▪︎ Event Horizon Telescope Collaboration – Mehrjährige Beobachtungen von M87* und Veränderungen der Polarisationsstruktur
▪︎ European Southern Observatory – Gleichzeitige Beobachtung des Schattens von M87* und des Jets
▪︎ NASA und Hubble Space Telescope – Beobachtungen des relativistischen Jets von M87
▪︎ NASA Jet Propulsion Laboratory – M87 und sein supermassereiches Schwarzes Loch